Un team dell'Helmholtz-Zentrum di Berlino è riuscito a produrre film sottili di perovskite inorganica a temperature moderate utilizzando la co-evaporazione, rendendo superfluo il post-tempera ad alte temperature. Il processo rende molto più facile produrre celle solari a film sottile da questo materiale. Rispetto alle perovskiti ibride metallo-organiche, le perovskiti inorganiche sono più termicamente stabili. Il lavoro è stato pubblicato su Materiali energetici avanzati .

I team di tutto il mondo stanno lavorando intensamente allo sviluppo di celle solari in perovskite. L'attenzione si concentra su quelle che sono note come perovskiti ibride metallo-organiche la cui struttura cristallina è composta da elementi inorganici come piombo e iodio e da una molecola organica.

Semiconduttori di perovskite completamente inorganici come CsPbI ₃ hanno la stessa struttura cristallina delle perovskiti ibride, ma contengono un metallo alcalino come il cesio invece di una molecola organica. Questo li rende molto più stabili delle perovskiti ibride, ma di solito richiede una fase di produzione aggiuntiva a temperature molto elevate, diverse centinaia di gradi Celsius. Per questa ragione, i semiconduttori di perovskite inorganica sono stati finora difficili da integrare nelle celle solari a film sottile che non possono resistere alle alte temperature. Un team guidato dal Dr. Thomas Unold è ora riuscito a produrre semiconduttori di perovskite inorganica a temperature moderate in modo che possano essere utilizzati anche in celle a film sottile in futuro.

I fisici hanno progettato un esperimento innovativo in cui hanno sintetizzato e analizzato molte combinazioni di materiale all'interno di un singolo campione. Utilizzando la co-evaporazione di ioduro di cesio e ioduro di piombo, hanno prodotto sottili strati di CsPbI ₃ , variando sistematicamente le quantità di questi elementi, mentre la temperatura del substrato era inferiore a 60 gradi Celsius.

"Un approccio di ricerca combinatoria come questo ci consente di trovare parametri di produzione ottimali per nuovi sistemi di materiali molto più velocemente rispetto all'approccio convenzionale che in genere richiede la produzione di 100 campioni per 100 composizioni diverse", spiega Unold. Attraverso un'attenta analisi in fase di sintesi e le successive misurazioni delle proprietà optoelettroniche, sono stati in grado di determinare in che modo la composizione del film sottile influisce sulle proprietà del materiale.

Le loro misurazioni mostrano che le proprietà strutturali e importanti optoelettroniche del materiale sono sensibili al rapporto tra cesio e piombo. Così, l'eccesso di cesio promuove una fase stabile della perovskite con buona mobilità e durata dei portatori di carica.

In collaborazione con l'HZB Young Investigator Group del Prof. Steve Albrecht, questi CsPbI optimized ottimizzati ₃ strati sono stati utilizzati per dimostrare celle solari in perovskite con un'efficienza iniziale di oltre il 12% e prestazioni stabili vicine all'11% per oltre 1200 ore. "Abbiamo dimostrato che gli assorbitori di perovskite inorganica potrebbero essere adatti anche per l'uso in celle solari a film sottile se possono essere prodotti adeguatamente. Riteniamo che ci sia grande spazio per ulteriori miglioramenti", dice Unold.